摘要：臭氧是氧的同素異形體，有強氧化性，在消毒、滅菌方面應(yīng)用廣泛。本文簡要概述了臭氧的濃度表示方法以及臭氧濃度檢測及注意事項。

　　關(guān)鍵詞：臭氧，濃度，檢測

　　中圖分類號：X5

　　臭氧是一種強氧化劑，具有很強的殺菌消毒、漂白、除味等特性，臭氧可以清除和殺滅空氣、水、食物中的有毒物質(zhì)和細(xì)菌，在消毒、滅菌過程中僅產(chǎn)生無毒的氧化物，多余的臭氧最終還原為氧，在被消毒物品上無殘留，無二次污染，因此廣泛應(yīng)用于水消毒、食品加工殺菌凈化、食品貯藏保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生和家庭消毒凈化等方面[1]。

　　1. 臭氧濃度表示方法

　　1.1 以單位體積內(nèi)所含臭氧的質(zhì)量數(shù)表示，常用的單位有mg/L、mg/m3、μg/m3簡稱質(zhì)量濃度，它們的關(guān)系是：1mg/L=103mg/m3=106μg/m3。我國各種標(biāo)準(zhǔn)均采用質(zhì)量濃度。

　　1.2 體積濃度，用ppm或ppb作為濃度單位。ppm(parts per million)單位是指在100萬氣體體積中含有臭氧的體積數(shù)，在美國、日本等國家習(xí)慣使用體積濃度。1ppm =103ppb。在我國ppb一般指10 -9。

　　1.3 用體積百分比%(vol)和pphm來表示體積濃度的，它們的關(guān)系式是

　　1%(vol)=10 4ppm=106 pphm=107ppb

　　1.4 用重量百分比來表示臭氧的濃度。一般用%(wt)表示，%(wt)的含義是：臭氧的質(zhì)量/含有臭氧氣體的質(zhì)量× 100%。這樣，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

　　1ppm = 2.14mg/m3 = 1.66 × 10 -4 %(wt)

　　1%(wt)(空氣中)= 12.93g/m3 = 6042ppm

　　1%(wt)(氧氣中)14.3g/m3 = 6682ppm

　　1.5 表示水中溶存臭氧的單位有 mg/L、g/m3和ppm(wt)

　　mg/L ——其含義是臭氧的質(zhì)量(mg)/含有臭氧水的容積(m3)

　　g/m3 ——是臭氧的質(zhì)量(mg)/含有臭氧水的容積(m3)

　　ppm ——是臭氧的質(zhì)量/含有臭氧水的質(zhì)量× 10 6

　　1mg/L=1g/m3=1ppm

　　2. 臭氧濃度與消毒效果

　　2.1 臭氧的殺菌濃度

　　和其它消毒殺菌劑一樣，臭氧消毒也只有達(dá)到足夠的劑量，作用一定時間才能達(dá)到消殺效果。例如當(dāng)臭氧濃度為0.08~0.6ppm時，對空氣中細(xì)菌繁殖體中的大腸桿菌作用 30min，其平均殺滅率達(dá)84.60~99.9%，而空氣中臭氧濃度為0.34~0.85ppm時，作用 10~30min，其殺滅率可達(dá)99.47~99.97%。又如臭氧對空氣消毒時，當(dāng)濃度為0.21mg/L時，作用10min對金黃色葡萄球菌殺滅率達(dá)90.81%，如提高濃度為0.72mg/L時，作用時間仍為10min，殺滅率可達(dá)99.99%。一般講臭氧的濃度愈高其殺菌效果愈好。

　　2.2 環(huán)境臭氧濃度不能過高

　　臭氧除了對人類有益的一面外，同時它又是一種對環(huán)境污染的物質(zhì)，我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-1996)[2]中規(guī)定臭氧的濃度限值(1小時平均)一級標(biāo)準(zhǔn)為0.12mg/m3;二級標(biāo)準(zhǔn)為0.16mg/m3;三級標(biāo)準(zhǔn)為0.20mg/m3。臭氧的工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)國家zui高限值為0.1ppm(0.20mg/m3)。因此利用臭氧消毒殺菌濃度不應(yīng)過高，臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量不是越高越好。例如：一般家庭用室內(nèi)殺菌的臭氧發(fā)生器產(chǎn)量應(yīng)在200mg/h左右，zui高不要超過400mg/h。這樣，在臭氧殺菌工作30~60min后，室內(nèi)殘余濃度低于果品家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。需要注意的是，一些過敏體質(zhì)的人，長時間暴露在臭氧含量超過0.18mg/m3的環(huán)境下，會出現(xiàn)皮膚刺癢，呼吸不暢，咳嗽及鼻炎等癥狀。濃度再高，會給人體造成更大的傷害[3]。

　　3 臭氧濃度檢測方法

　　臭氧的檢測方法大致可分為化學(xué)分析法、物理分析法、物理化學(xué)分析法三類。

　　3.1.化學(xué)分析法

　　3.1.1 dian量法

　　dian量法是最常用的臭氧測定方法，我國和許多國家均把此法作為測定氣體臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法。其原理為強氧化劑臭氧(O3)與dian化鉀(KI)水溶液反應(yīng)生成游離dian(I2)，臭氧還原為氧氣。反應(yīng)式為：

　　O3 + 2KI + H2O → O2 + I2 + 2KOH

　　游離dian顯色，依在水中濃度由低至高呈淺黃至深紅色。

　　利用硫代硫酸鈉(NaS2O3)標(biāo)準(zhǔn)液滴定，游離dian變?yōu)閐ianhua鈉(NaI)，反應(yīng)終點為完全褪色止。反應(yīng)式為：

　　I2 + 2 NaS2O3 → 2NaI +NaS4O6

　　dian量法優(yōu)點為顯色直觀，不需要貴重儀器。缺點是易受其氧化劑如NO、CI2等物質(zhì)的干擾，在重要檢測時應(yīng)減除其它氧化物質(zhì)的影響。

　　3.1.2 比色法

　　比色法是根據(jù)臭氧與不同化學(xué)試劑的顯色或脫色反應(yīng)程度來確定臭氧濃度的方法。按比色手段分為人工色樣比色與光度計色，此法多用于檢測水溶解臭氧濃度。

　　國內(nèi)檢測瓶裝水臭氧溶解濃度有使用dian化鉀、鄰聯(lián)甲an等比色液的。其方式是利用檢測樣品顯色液管相比較，確定測樣臭氧溶解度值(0.05~0.08mg/L)，要求精確的，則利用分光光度計檢測。

　　國外利用此法做成儀器，配制標(biāo)準(zhǔn)工具與藥品作為現(xiàn)場抽檢使用，很方便。如美國HACH公司、日本荏原公司的DPD(二己基對苯二胺)比色盤，范圍為0.05~2mg/L。美國HACH 公司微型比色儀，利用靛藍(lán)染料脫色反應(yīng)。在600nm波長比色，0.05~0.75nm/L濃度數(shù)字顯示，精度± 0.01nm/L。受其它氧化劑干擾少。

　　3.1.3 檢測管

　　將臭氧氧化可變化試劑浸漬在載體上，作為反應(yīng)劑封裝在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑的玻璃管內(nèi)做成測管，使用時將檢測管兩端切斷，把抽氣器接到檢測管出氣端吸取定量臭氧氣體，臭氧濃度與檢測管內(nèi)反應(yīng)劑柱變色長度成正比，通過刻度值讀取濃度值。

　　德國、日本和我國都生產(chǎn)臭氧檢測管，濃度范圍分為高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3ppm)三種，用于檢測空氣臭氧濃度，適于現(xiàn)場應(yīng)用，使用簡便，但精度低(為±15%)。

　　3.2物理方法

　　物理方法分析臭氧現(xiàn)在在國際上zui流行的是紫外線吸收法[4,5]。它是利用臭氧對254nm波長的紫外線特征吸收的特性，依據(jù)比爾—郎伯(Beer-Lambert)定律制造出的分析儀器，只要選擇合適長度的吸收池，就可以檢測0.002mg/m3~5%(vol)濃度的臭氧。其線形在4~5個數(shù)量級內(nèi)都很好。該法已被我國作為環(huán)境空氣中測定臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法(GB/T15438- 1995)。

　　紫外線吸收法不但可以適用于檢測氣體中臭氧濃度，也可以檢測水中溶存的臭氧濃度。

　　紫外線吸收法臭氧檢測：臭氧吸收短波紫外區(qū)(200~300nm)哈特雷波段紫外光，在253.7nm處具有最大吸收。在此波長，吸收系數(shù)值的范圍從303.9到313.2cm -1·mol -1·L(273K和 760mmHg)，研究者證實了該值為302.4cm -1·mol -1·L。

　　3.3 物理化學(xué)方法

　　3.3.1 靛藍(lán)二磺酸鈉(簡稱 IDS)分光光度法

　　其原理是含臭氧的氣體在有多孔玻板的吸收管中通過蘭色的IDS溶液，生成的溶液用分光廣度計在610nm處測量，通過計算得出臭氧濃度。這種方法操作比較復(fù)雜，用于檢測環(huán)境中臭氧濃度或作為基準(zhǔn)用來標(biāo)定物理方法儀器(低濃度)。

　　IDS 法也被定為國家標(biāo)準(zhǔn)用來測定環(huán)境中的臭氧濃度(HJ504-2009)[6]。

　　3.3.2 化學(xué)發(fā)光法

　　該法是利用臺過量的乙烯(或NO)與臭氧發(fā)生化學(xué)發(fā)光，用光電倍增管接受發(fā)光光強來計算出臭氧的濃度。此法在上世紀(jì)七、八十年代很盛行，曾經(jīng)被美國ERP列為環(huán)境檢測標(biāo)準(zhǔn)方法之一。現(xiàn)已被紫外法所取代。

　　4. 臭氧濃度檢測

　　臭氧的檢測通常是指檢測臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量、檢測臭氧在空氣中的濃度和檢測臭氧在水中的濃度。

　　4.1臭氧發(fā)生器產(chǎn)量檢測，通常是采用采用dian量法。

　　4.2空氣中臭氧濃度檢測，可使用專門用來測試空氣中臭氧含量的儀器。這種儀器的量程通常在1-1000ppm，精度在0.1-1.0ppm，LCD夜晶屏直接顯示臭氧濃度數(shù)值，市場上有便攜式的這類儀器出售，使用比較方便，國內(nèi)有售。

　　4.3水中臭氧濃度檢測

　　測量水中溶存臭氧濃度[7]除了用dian量法和紫外線吸收法之外，近年來國際上普遍采用了一種稱之為“膜電極”的電化學(xué)方法，它是用一個帶有可更換的能滲透臭氧的半透膜的探頭和微處理器組成。測量時將探頭敏感部分置于臭氧水中，在陰陽極之間加一固定極化電壓，溶存的臭氧透過半透膜到達(dá)陰極表面并被還原，產(chǎn)生與臭氧濃度成正比的擴散電流。

　　國外在對各種半透膜材料、電極材料、電解質(zhì)以及外加電壓電位的研究后，制造出一種電流的穩(wěn)態(tài)電壓的膜電極，線形和再現(xiàn)性都很好。膜電極法抗干擾能力強、靈敏度高、量程廣、可用于在線分析和控制。國際上有越來越廣泛地使用膜電極法分析水中臭氧濃度的趨勢。美國的ATI公司，ROSEMOUNT公司和瑞士的ROS公司都有膜電極法臭氧分析儀。

　　目前最簡便的方法是使用DPD臭氧水濃度快速測試試劑盒，這種試劑的檢測范圍是0.05- 1.0mg/L。能準(zhǔn)確、快速測定臭氧在 水中的溶解度，隨時隨地監(jiān)測和把握臭氧發(fā)生器的使用狀況以及與水溶液的混合程度，測試效果與羅維邦比色盤、優(yōu)于哈希比色盤，測試費用低，每盒可測150次，使得檢測成本更低，使用更方便。

　　本法尤其適合于現(xiàn)場分析，完全可與進(jìn)口同類產(chǎn)品媲美，在水 行業(yè)、食品行業(yè)、飲料生產(chǎn)、制藥產(chǎn)業(yè)和化工行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　5. 臭氧檢測中應(yīng)注意事項

　　5.1 采樣管材料應(yīng)選用抗強氧化的材料，如玻璃、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯;不銹鋼材料也盡量少用，以減少采樣管中臭氧損耗。

　　5.2 采樣管應(yīng)盡量短，測量低濃度時一般不要超過2m。

　　5.3 從采樣管到檢測儀器，不要漏氣，否則測量值偏低。

　　5.4 檢測較低濃度(如檢測環(huán)境)臭氧時，新的聚四氟乙烯管也要充分的進(jìn)行“臭氧化”，即通過含較高濃度臭氧的氣體來穩(wěn)定采樣管內(nèi)壁。日本荏原公司認(rèn)為要20min以上才能穩(wěn)定，而美國莫尼特公司要求數(shù)小時。

　　5.5 采樣管要定時清洗、吹干。不清潔的采樣管會使測量值偏低很多。

　　5.6 臭氧分析儀要定時進(jìn)行標(biāo)定，以保證測量數(shù)據(jù)可靠。